PolarTIL programming reveals an essential role for TGF-β1 in antitumor memory in human cutaneous malignancies

O sistema imunológico humano é uma vasta força de defesa interna, patrulhando constantemente o corpo para identificar e destruir invasores como bactérias e vírus. Nos últimos anos, os médicos aprenderam a aproveitar uma parte específica deste exército: as células brancas do sangue chamadas células T. Estas células são treinadas para reconhecer as marcas únicas das células cancerígenas e atacá-las. Uma forma poderosa de usar esta habilidade é pegar as próprias células cancerígenas de um paciente, encontrar as células T que já invadiram o tumor e cultivá-las em laboratório até que existam bilhões delas. Este processo, conhecido como terapia de células adotivas, tem salvado vidas, particularmente em cânceres de pele como o melanoma. No entanto, um grande obstáculo permanece. Quando estas células são cultivadas no laboratório usando métodos padrão, elas frequentemente perdem sua agudeza. Elas se tornam exaustas, cansadas e menos eficazes no combate ao câncer quando são colocadas de volta no paciente. Cientistas há muito buscam uma maneira de manter estas células jovens, energéticas e prontas para a batalha sem a necessidade de alterá-las geneticamente ou usar procedimentos complexos e caros.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Emory encontrou uma maneira de fazer exatamente isso, mudando o ambiente no qual estas células crescem. Em vez de depender do método tradicional de alimentar as células com uma dose constante e alta de um fator de crescimento chamado interleucina-2, eles introduziram um pulso breve e específico de um outro conjunto de sinais químicos logo no início do processo de cultura. Eles chamam este novo produto de PolarTIL. Os resultados foram impressionantes. Tanto em modelos de camundongos quanto em amostras de tecido humano, estas células reprogramadas cresceram muito mais rápido, tornaram-se mais numerosas e retiveram uma identidade distinta e poderosa que permitiu destruir tumores de forma muito mais eficaz do que as células padrão. Mais surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que uma molécula há muito considerada um supressor do sistema imunológico, chamada TGF-beta 1, era na verdade essencial para este sucesso. Remover o TGF-beta 1 do processo interrompeu completamente o funcionamento das células, revertendo uma suposição comum na terapia do câncer e revelando um novo caminho para o tratamento de tumores sólidos.

A jornada para esta descoberta começou com uma observação simples sobre como as células T se comportam. No laboratório, quando os cientistas cultivam células T usando doses altas de interleucina-2, as células se multiplicam, mas frequentemente derivam para um estado de exaustão. Elas perdem sua capacidade de persistir no corpo e sua capacidade de matar células cancerígenas ao longo do tempo. Os pesquisadores hipotetizaram que, se pudessem mudar as instruções dadas às células logo no início de seu crescimento, poderiam direcioná-las para um estado mais durável e poderoso. Eles olharam para um grupo específico de células imunes conhecidas como células do Tipo-17, que são conhecidas em outros contextos por sua capacidade de fornecer proteção duradoura. Eles projetaram um coquetel de citocinas — mensageiros químicos que as células usam para conversar umas com as outras — para mimetizar este ambiente. Este coquetel incluía sinais como interleucina-1 beta, interleucina-6 e interleucina-21, junto com uma dose única de TGF-beta 1.

Quando aplicaram esta estratégia a células T retiradas de tumores de camundongos, a diferença foi imediata. As células cultivadas com o novo método PolarTIL multiplicaram-se para números muito maiores do que aquelas cultivadas com a alta dose de interleucina-2 padrão. Mas o teste real era se estas células poderiam realmente curar a doença. Os pesquisadores injetaram as células expandidas de volta em camundongos que tinham tumores agressivos de melanoma. Os camundongos tratados com as células padrão viram apenas um pequeno atraso no crescimento do tumor, o que não foi estatisticamente significativo. Em contraste, os camundongos tratados com as células PolarTIL viram seus tumores desaparecerem completamente. Mais importante ainda, estes camundongos permaneceram livres de câncer por mais de 100 dias. Quando os pesquisadores desafiaram estes camundongos curados com uma nova dose de células cancerígenas, os animais combateram a nova infecção sem qualquer ajuda, provando que o tratamento havia criado uma imunidade sistêmica e duradoura. Esta durabilidade não foi apenas uma flutuação; os pesquisadores mostraram que o tratamento dependia da presença contínua das células transferidas. Quando removeram as células doadoras dos camundongos curados, a proteção desapareceu e o câncer retornou.

A equipe então passou para o tecido humano para ver se esta abordagem funcionaria fora do ambiente controlado de um camundongo. Eles coletaram amostras de tumores de pacientes com vários tipos de câncer de pele, incluindo melanoma e carcinoma de células de Merkel. Eles dividiram as amostras, cultivando algumas células com a interleucina-2 de alta dose padrão e outras com a nova estratégia PolarTIL. Os resultados espelharam os estudos com camundongos. As culturas PolarTIL produziram cinco vezes mais células do que as culturas padrão. Elas também continham menos células T reguladoras, que são um tipo de célula imune que pode acidentalmente desligar o ataque ao câncer. Em vez disso, as culturas PolarTIL estavam enriquecidas com células que possuíam os marcadores de memória residente de tecido, um estado que permite às células imunes viver em tecidos específicos e permanecer prontas para lutar. Estas células também eram mais agressivas, matando células tumorais de pacientes muito mais rápido no laboratório e liberando níveis mais altos das armas químicas necessárias para destruir o câncer.

Para entender o que estava acontecendo dentro destas células, os pesquisadores examinaram seus projetos genéticos. Eles descobriram que as células PolarTIL não eram apenas uma versão ligeiramente diferente das células padrão; elas eram um estado fundamentalmente diferente. As células padrão retinham muitas das características de exaustão que tinham quando foram retiradas do tumor pela primeira vez. As células PolarTIL, porém, haviam alterado sua programação genética. Elas ativaram genes associados à movimentação através de tecidos e interação com outras células imunes, enquanto desligaram os genes ligados à exaustão. Elas também mostraram uma preferência pela expansão dos clones específicos de células que tinham maior probabilidade de reconhecer o tumor, em vez de apenas cultivar quaisquer células que estivessem presentes. Isso sugeriu que o breve pulso de sinais no início da cultura foi suficiente para reprogramar toda a população, selecionando os combatentes mais eficazes.

A descoberta mais inesperada veio quando os pesquisadores tentaram descobrir qual parte de seu coquetel químico estava realizando o trabalho pesado. Eles removeram sistematicamente cada ingrediente para ver o que acontecia. Descobriram que remover a maioria dos sinais reduzia ligeiramente o número de células, mas as células ainda funcionavam. No entanto, quando removeram o TGF-beta 1, todo o processo colapsou. Isso foi um choque, pois o TGF-beta é amplamente conhecido na pesquisa do câncer como uma molécula que suprime o sistema imunológico e ajuda os tumores a se esconderem. De fato, muitas terapias atuais são projetadas para bloquear o TGF-beta. No entanto, neste contexto específico, no início da cultura de células, o TGF-beta 1 era indispensável. Sem ele, as células falharam em desenvolver os marcadores de residentes de tecido, não persistiram no corpo e perderam sua capacidade de curar o câncer. Os pesquisadores concluíram que a exposição breve e precoce ao TGF-beta 1 não estava suprimindo as células, mas sim ensinando-as como se tornar os combatentes residentes e duradouros necessários para uma cura.

Esta descoberta desafia uma crença de longa data no campo. Ela sugere que o tempo e o contexto de um sinal importam mais do que o sinal em si. Uma molécula que atua como um supressor em um cenário pode atuar como um instrutor crucial em outro. O tempo e o contexto de um sinal importam mais do que o sinal em si. Uma molécula que atua como um supressor em um cenário pode atuar como um instrutor crucial em outro. As células PolarTIL também mostraram uma mudança na forma como utilizavam energia, dependendo de uma via metabólica que apoia a sobrevivência a longo prazo, ao contrário das células padrão, que dependiam de uma via que se esgota rapidamente. Além disso, estas células mostraram uma capacidade aumentada de comunicar-se com outras partes do sistema imunológico, como as células B, o que poderia ajudar a coordenar um ataque mais amplo ao tumor.

As implicações deste trabalho são significativas para o futuro do tratamento do câncer. Os pesquisadores observaram que todos os produtos químicos usados em seu novo método já estão disponíveis nos formatos de alta qualidade exigidos para uso humano, o que significa que esta abordagem pode ser traduzida para os pacientes relativamente rápido. Simplesmente mudando as condições iniciais da cultura de laboratório, eles foram capazes de criar um produto que é mais potente, mais numeroso e mais duradouro do que o que está disponível atualmente. Isso oferece uma nova esperança para pacientes com tumores sólidos que não responderam a outros tratamentos, fornecendo uma maneira de gerar um exército de células imunes poderoso e autossustentável sem a necessidade de engenharia genética complexa. O estudo confirma que a chave para melhores terapias contra o câncer pode não residir em adicionar mais complexidade, mas em compreender as instruções precisas e precoces que guiam o sistema imunológico em direção a uma vitória duradoura.